Wirkungsgradoptimierung von Polymerelektrolyt Elektrolyseuren durch Temperatur- und Druckvariation

Aufgrund der geringen, natürlichen Verfügbarkeit des als Katalysator verwendeten Iridiums, benötigt es einer deutlichen Verbesserung der massenspezifischen Leistung von sauren Polymerelektrolytmembran (PEM) Elektrolyseuren. Dieses Ziel kann unter anderem durch eine Reduzierung der Membrandicke erzielt werden, da die ohmschen Verluste der Zellen und Zellenstapeln verringert werden. Zugleich werden PEM-Elektrolyseure bei erhöhtem Gasdruck betrieben, um den energetischen Aufwand der nachgeschalteten Gastrocknung und –verdichtung zu verringern. Aufgrund des realen Verhaltens der Membran, kommt es dabei zu einem sicherheitstechnisch kritischen, temperatur- und druckabhängigen Gasübertritt zwischen den Halbzellen. Mithilfe einer Gesamtsystemmodellierung werden diese Aspekte zusammengeführt, um energetisch bevorzugte Betriebsstrategien zu ermitteln. Das skalenübergreifende Modell berücksichtigt dabei die elektrochemische Charakteristik des funktionalen Schichtsystems, thermodynamische Vorgänge sowie die Verarbeitung der Produktgase außerhalb des Elektrolyseurs. Aus den gewonnenen Daten können Entwicklungsziele abgeleitet und fokussiert werden.

Wirkungsgradoptimierung durch Wahl geeigneter Stapeltemperatur und Gasdruck für NR212-Membranbasierte Elektrolyseure mit Zieldruck 200 bar.
Wirkungsgradoptimierung durch Wahl geeigneter Stapeltemperatur und Gasdruck für NR212-Membranbasierte Elektrolyseure mit Zieldruck 200 bar.

Literatur

Fabian Scheepers, Markus Stähler, Andrea Stähler, Edward Rauls, Martin Müller, Marcelo Carmo, Werner Lehnert
Improving the Efficiency of PEM Electrolyzers through Membrane-Specific Pressure Optimization, Energies 2020, 13, 612
https://dx.doi.org/10.3390/en13030612

Fabian Scheepers, Markus Stähler, Andrea Stähler, Edward Rauls, Martin Müller, Marcelo Carmo, Werner Lehnert
Temperature optimization for improving polymer electrolyte membrane-water electrolysis system efficiency, Applied Energy 283 (2021) 116270
https://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.116270

Letzte Änderung: 18.05.2022